起落架介绍(含简要力学分析).pdf

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1、一、起落架的发展和概述（一）、起落架的发展演变在过去，由于飞机的飞行速度低，对飞机气动外形的要求不十分严格，因此飞机的起落架都由固定的支架和机轮组成，这样对制造来说不需要有很高的技术。当飞机在空中飞行时，起落架仍然暴露在机身之外。随着飞机飞行速度的不断提高，飞机很快就跨越了音速的障碍，由于飞行的阻力随着飞行速度的增加而急剧增加，这时，暴露在外的起落架就严重影响了飞机的气动性能，阻碍了飞行速度的进一步提高。因此，人们便设计出了可收放的起落架，当飞机在空中飞行时就将起落架收到机翼或机身之内，以获得良好的气动性能，飞机着陆时再将起落架放下来。然而，有得必有失，这样做的不足之处是由于起落架增加了复杂的

2、收放系统，使得飞机的总重增加。但总的说来是得大于失，因此现代飞机不论是军用飞机还是民航飞机，它们的起落架绝大部分都是可以收放的，只有一小部分超轻型飞机仍然采用固定形式的起落架（如农-5 飞机） 。（二）、 起落架的概述 起落架是飞机起飞、着陆、滑跑、地面移动和停放所必须的支撑系统，是飞机的重要部件之一，其工作性能的好坏及可靠性直接影响飞机的使用和安全。通常起落架的质量月占飞机正常起飞总重量的 4%6%， 占结构质量的 10%15%。飞机上安装起落架要达到两个目的： 一是吸收并耗散飞机与地面的冲击能量和飞机水平能力； 二是保证飞机能够自如二又稳定地完成在地面上的各种动作。 为适应飞机在起飞、着陆

3、滑跑和地面滑行的过程中支撑飞机重力，同时吸收飞机在滑行和着陆时震动和冲击载荷，并且承受相应的载荷，起落架的最下端装有带充气轮胎的机轮。为了缩短着陆滑跑距离，机轮上装有刹车或自动刹车装置。此外还包括承力支柱、减震器（常用承力支柱作为减震器外筒） 、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构等。承力支柱将机轮和减震器连接在机体上，并将着陆和滑行中的撞击载荷传递给机体。前轮减摆器用于消除高速滑行中前轮的摆振。前轮转弯操纵机构可以增加飞机地面转弯的灵活性。对于在雪地和冰上起落的飞机，起落架上的机轮用滑橇代替。二、飞机起落架的布置形式及设计要求（一）、 起落架的功用和组成 飞机起落架的功用可分为四点：（1）起落

4、架是供给飞机起飞、着陆时在地面上滑跑、滑行和移动、停放使用的。1（2）承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力。（3）承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击能量、颠簸能量和水平动能。（4）飞机在滑跑与滑行时的制动和操作，自如而稳定的完成地面的各种动作。飞机起落架的组成：飞机的起落架包括了众多结构和复杂总和装置系统。起落架的结构包括减震系统、支力支柱、撑杆、机轮、刹车装置、防滑控制系统、收放机构、电气系统、液压系统、收放运动锁定及位置指示装置、操纵转弯机构、起落架舱门及其收放机构等组成。客机前起落架的机构如图。 起落架机构结构图1减震支柱，2横梁，3接头，4斜撑杆，5收放作动筒，6下

5、位锁，7减摆器，8回转下箍，9活塞杆，10支柱下接头，11机轮，212轮轴，13摇臂，14支臂，15下曲柄，16上曲柄，17上位锁，18转弯作动筒。 (二） 、起落架的布置形式根据飞机起落架的布局方案，归结为有四种形式：后边三点式、前三点式、自行车式和多支点式。20 世纪 40 年代以前广泛采用后三点式，但这种形式，现在主要用于体育运动飞机和农用飞机（农5） 。现在飞机广泛采用的前三点式起落架，随着飞机质量和飞行速度的并不断提高，为了进一步分散接地载荷和提高飞机的漂浮性，现在大型运输机和客机都采用了多支点式起落架。自行车式起落架很少用，如有用则用于垂直起降的飞机。（1）后三点式起落架 后三点式

6、起落架很少用，现在多用于农用飞机、体育运动飞机和小型低速飞。后三点式飞机的起落架布局是两个主起落架布置在飞机的质心之前，并靠近质心，尾轮远离质心，布置在飞机尾部（如图 ） 。在停放时，约 90%的质点落在主起落架上，二约 10%的由尾部轮支撑。其缺点主要有以下几点：a） 地面滑跑是方向稳定性差；b） 着陆速度大，主起落架的冲击力大使飞机抬头迎角增大，会引起“跳跃”现象；c) 由质心离前轮（或主轮）较近，防倒立角小，强力刹车会引起“翻到”现象。因此滑跑距离较大，在着陆时前视线界差，着陆困难。3后三点式飞机（农 -5)结构简图 (2)前三点式起落架现在大多数飞机都采用前三点式起落架， 其两个主轮布

7、置在飞机质心稍后，前轮布置在飞机头部的下方，具有滑跑方向稳定性，着陆时，大力刹车不会出现翻到现象，缩短了着陆滑跑距离，当在大速度小迎角着陆时，不会出现跳跃现象。其优点是在飞机起飞滑跑的阻力小，起降滑行距离短，视界好，乘坐舒适，避免了发动机喷发出的燃气损坏跑道。缺点是前起落架较大，受力大，在告诉滑跑会出现扳动现象。在告诉转弯时，如果轮距不够大，则可能出现侧翻。其结构如图。J200结构简图4（3）自行车式起落架现在的飞机很少用自行车式起落架， 它是将两个主起落架布置在机身轴线下离质心较远的地方，前后各一个主轮且在轴线上，通常还在翼尖处各安装一个辅助轮，为了防止飞机在滑行中和停放时倾斜。由于翼尖较薄

8、，使辅助轮收放是可能突出机翼表面，增大阻力，并且构造复杂，质量大。结构如图：自行车式起落架（4）多支点式起落架现在一般重型运输机和客机都采用多支点式起落架。 飞机的质心附近布置甚至更多支柱， 同时每个支柱上采用小车式轮架， 每个轮架上安装 4 至 8 个机轮。其目的是分散接地载荷，减小每个支柱的受力。其结构如图：S 表示单轮,T 表示双轮,ST 表示双轮串列。 T50 表示 50,0001b(约 22.5t),TT100 表示 100,0001b（约 44.4t)。5 A380（三）、起落架的设计要求起落架结构设计的一般要求：（1）是在保证起落架结构的刚度、 强度和一定寿命的前提下要求质量最轻

9、。（2）要求使用维护方便，易于检查、修理和更换,及寿命要求。( 3 ) 空气动力、工艺性和经济性等要求。( 4 ) 在起飞，降落过程中吸收一定的能量和承载载荷；( 5 ) 在滑行，离地和接地时飞机的任何部位不能触击地面,不允许发生不稳定现象，特别是在最大刹车，高速滑行和侧风着陆。起落架因满足与其自身功能相关的要求：（1） 地面运动要求，起落架应保证飞机在地面运动时有良好的稳定性、可操作性和适应性。（2） 减震要求，起落架要有很好的吸收和耗散撞击载荷和能量。（3） 机轮和刹车要求， 起落架应有良好的刹车性能， 以减小着陆滑跑距离 ，因此刹车装置必须可靠最大刹车力应与跑道表面粗糙度相配合。6（4）

10、 漂浮要求，起落架应有良好的漂浮性，保证飞机在预定的跑道上顺利起降。（5） 收放要求，在收起和放下过程中，应有可靠地锁定装置（上位锁和下位锁） ，收放空间尽可能的小，收放机构受力要均匀。（6） 防护要求，在特定温度、湿度、振动、尘埃、盐雾等环境中，要求密封性好，抗腐蚀性好。三、起落架的结构形式和受力分析根据起落架的结构受力形式，分为桁架式、梁式和桁梁混合式。（一） 桁架式起落架桁架式起落架桁架结构和机轮组成，其结构质量轻。角锥形桁架式起落架，是由杆子构成角锥形固定在翼面和机身上，平面桁架式是由轮轴，两个减摆器和两根斜撑杆形成平面桁架，再通过两根后斜撑杆固定住连接在飞机机体结构上。但是这种起落架

11、不能收藏，只用于低速轻型飞机或直升机上。(a)角锥形桁架式(b)平面桁架式（二） 梁式起落架梁式起落架通常由受力支柱、减震器、扭力臂、支撑杆系、机轮和刹车系统等组成。其主要承力构件是梁（支柱或减震支柱） ，根据支柱梁的支撑形式不同，可分为简单支柱式、撑杆支柱式、摇臂式和外伸式。（1） 简单支柱套筒式，主要构件是减震支柱、扭力臂、机轮、收放作动筒，支柱与机身的连接形式。支柱上端与飞机机身结构刚性连接，在其下端固定机轮，没斜撑杆，支柱不可能收放。在支柱上端收放转轴附近装有第二支点，下端为机轮。简单支柱式起落架的特点：7A ) 质量轻，容易收放，结构简单，减震支柱的密封性较差。B) 可以用不同的轮轴

12、，轮叉形式来调整机轮接地点与机体，连接点之间的相互位置和起落架的高度。C) 由于是悬臂式，因此支柱根部弯矩较大。由于杆与筒不能直接传递扭矩，因而杆与外筒之间必须用扭力臂连接。D ) 机轮通过轮轴与减震器支柱直接连接，减震器不能很好的吸收前方来的撞击。（2） 撑杆支柱式，主要构件是减震支柱、扭力臂、机轮、收放作动筒和斜撑杆，与简单式不同的是多了一个或几个斜撑杆。在收放时，撑杆可以作为起落架的收放连杆，有时撑杆本身就是收放作动筒。当受到来自正面水平撞击，减震支柱不能很好地其减震作用，在着陆时，支柱必须承受弯矩，减震支柱的密封装置易受磨损。结构如图：（3）摇臂式，摇臂式起落架主要是在支柱下端安有一个

13、摇臂，摇臂的一端支柱和减震器相连，另一端与机轮相连，这种结构多用于前起落架。摇臂改变了起8落架的受力状态和承受迎面撞击的性能，提高了再跑道上的适应性，降低了起落架的高度。 构造和工艺比较复杂， 质量大， 机轮离支柱轴线较远， 附加弯矩较大，收藏空间大。（4）外伸式，外伸式起落架由外伸支柱、减震器、收放机构、收放作动筒、垂直支柱和机轮等组成。其增加了轮距，将起落架向外伸出，收起时则收藏于机身内。（ 米格 23 的主起落架）（三）、混合式起落架混合式起落架由支柱、多根斜撑杆和横梁等构件组成，撑杆铰接在机体结构上，是桁架式和梁架式的混合结构。支柱承受剪切、压缩、弯矩和扭矩等多种载荷，撑杆只承受轴向载

14、荷，撑杆两端固定在支柱和横梁上，既能承受轴向力，9又能承受弯矩，因此大大提高了支柱的刚度，避免了摆振现象的发生。（四）、 多轮小车式起落架多轮式起落架由车架、减震支柱、拉杆、阻尼器、轮架和及轮组等组成，一般用于质量大的运输机和客机上，采用多个尺寸小的机轮取代单个大几轮，提高了飞机的漂浮性，减小了收藏空间，在一个轮胎损坏时保证了飞机的安全。结构如图：10四、机轮（一） 机轮的主要形式机轮主要由轮胎和轮毂组成，用来减小飞机在地面运动的阻力，并吸收在着陆接地和地面运动时的一部分撞击能量。主起落架机轮上装有刹车装置，用于缩短飞机的着陆滑跑距离，并使飞机在地面具有良好的机动性。机轮主要有以下三种形式：（

15、1） 分离式机轮，分离式机轮由内侧和外侧半轮毂通过高强度连接螺栓和自锁螺帽连接在一起。分离式机轮（2） 可卸轮缘式机轮可缷轮缘式机轮中间是下凹的和一个可缷的轮缘，可缷轮缘由一个止东卡环固定。11可缷轮缘式机轮（3） 固定轮缘式机轮中间下凹的固定轮缘式机轮专门用于使用高压轮胎的飞机上，（二） 轮胎轮胎在飞机起飞和着陆过程中可以形成一个空气垫， 帮助吸收撞击能量或摩擦产生的热能，而且在地面它支持飞机的重量。轮胎必须能承受高速和巨大的静载荷和动载荷。一般存放在 1027的干燥的暗室内，避免过热、潮湿和强光、防止侵蚀性物质接触。（1）轮胎的构造，轮胎包括内胎和外胎，现在大多数客机采用无内胎轮胎。其结构

16、的结构包括胎面层、护胎层（缓冲层） 、胎体层（帘线层） 、钢丝圈、滑动套、防磨层、胎缘尖部、胎缘根部、内层、胎面加强层、胎侧壁和尖顶条。12（2）轮胎损伤飞机轮胎损伤的严重情况为爆裂，爆裂的原因一般有轮胎内部发热爆裂、外来物刺伤、磨损爆裂三类。 (A ) 轮胎发热分离脱胶与爆裂 轮胎走行中， 接地变形和复原反复进行。 轮胎中的橡胶和帘线等弹性材料会受到反复变形运动而发热。 轮胎材料都是热的不良导体，放热少，会将热量积蓄在轮胎内。(B) 轮胎被外物割伤爆裂， 跑道上由于经常的飞机降落，难免会有飞机落下的螺钉甚至金属片。飞机轮胎承载着飞机几十吨上百吨的重量在跑道上高速滑跑，一个极小刺伤对于轮胎来讲

17、都有可能会带来一连串的致命的系统故障。(3) 轮胎磨损爆裂 飞机着陆滑行过程中，由于刹车系统机械故障或人为操作不当原因，导致轮胎卡紧不能转动，飞机因向前冲力强大，机轮与地面产生巨大的摩擦，进而造成磨损爆胎。五、飞机起落架缓冲装置飞机在着陆和起飞时，地面要对飞机产生很大的冲击力和颠簸振动，对飞机的结构和安全产生很大的影响。飞机上常采用缓冲装置来减小冲击和振动载荷，并吸收撞击能量。减震器的主要作用是吸收冲击能量，使传到机体上结构上的冲击载荷步超过允许值，在吸收能量过程中，减震器通过来回振荡，把吸收的能量变成热能耗散掉。（一） 起落架减震器的要求：（1）要满足飞机机构设计要求a）强度，刚度要求; b

18、 ）疲劳，耐久性要求；c) 损伤容限；d）维修性要求；e) 适航性要求；f) 合理选材；g) 工艺要求；h) 经济性要求；l）重量要求 ；m)防雷击要求 ；n)抗腐蚀要求。(2) 要满足起落架的功能要求a）在压缩行程（正行程）中，减震装置所承受的载荷，应随压缩量的增大而增大。b ) 减震装置在吸收的过程中， 应尽量产生较大的变形来吸收撞击能量， 以减小机体受到的撞击力，并且有较好的热耗作用。c） 在伸展行程（反行程)中，减震器应把吸收的大部分能量转化成热能耗散掉。13e） 减震装置要有连续接受撞击的能力。（二） 减震器的类型减震器一般有两种类型，一是固体减震器，如橡胶减震器、弹簧减震器、摩擦块

19、减震器等；二是气体、液体或气液混合减震器。固体减震器效率低，能量耗散能力较小，常用于低速或轻型小飞机的不可收放起落架。油气减震器效率高，常用于高速，大型飞机上。全油式减震器结构紧凑，尺寸小，效率可达 75%90%，但压力过大，密封困难，温度变化对其影响大，目前只有少数飞机使用。（1） 弹簧式减震器， 是利用弹簧变形吸收能量， 在减震器内筒上加装摩擦垫圈，以增大热耗作用。其结构简单，维修方便。（2） 橡皮式减震器，是利用橡皮的弹性变形吸收撞击能量，并利用橡皮伸缩来消耗能量，飞机会产生较强的颠簸跳动，只有用于一些减震要求不高的飞机上。（3） 油液弹簧式减震器，在起落架伸展和压缩的过程中，油液被迫高

20、速流过小孔产生剧烈摩擦来耗散能量，在压缩过程中，弹簧变形吸收能量，伸展过程中，将积蓄的能量释放出。（4） 油气减震器是目前应用最广泛的一种。它的主要组成部分有：外筒、活塞、活塞杆、掣动活门、密封装置等。14（5） 全油式减震器，它主要是利用液体在高压作用下产生压缩变形来吸收能量，利用液体高速流过小孔时的摩擦来消耗能量，这种减震器体积小，密封非常重要，一般用于军用飞机和高速重型飞机上。1 外筒 2 活塞杆 3 限漏孔 4 定压活门 5 密封装置（三） 油气式减震器的构造和原理油气式减震器是在减震器底部设有气室,用空气压力来缓冲震动,减震效果偏向舒适,但过弯时车体侧倾明显.并且油气减震器的使用寿命

21、也不如纯油压减震器时间长 。当飞机着陆与地面发生撞击时，撞击载荷使活塞杆向上滑动，减震器内的油液被迫冲开掣动活门以高速流过几小孔。 油液与小孔发生剧烈摩擦产生热量经过活塞杆和外筒而消散。 同时外筒中的油液压缩而升高， 使空气的体积缩小，压力增大，吸收了撞击动能。当空气被压缩到最小体积，活塞上升到顶点时，空气作为一个弹性体而开始膨胀，推动活塞杆向下滑动。这时活塞中的油液将掣动活门关闭，使小孔数目减少，油液以更高速度通过小孔发生摩擦，消散了更多的动能，这样便吸收并消耗一部分动能并准备进行下一个工作循环，经过几个循环就可将全部撞击动能逐步转化为热能而消散。（四) 减震器的特性系数和性能调节装置减震器

22、的性能好坏主要表现在其吸收和消耗能量能力的大小，及在吸收能量15的过程中减小减震器所承受载荷的大小， 这些性能可以通过减震器的特性系数和减震器的性能调节装置来加以改善。（1） 减震器的性能系数 n 包括预压系数、效率系数和热耗系数。A) 预压系数是当减震器完全伸张时，开始压缩减震器的压力 P开始和减震器停机载荷比值，预压系数的大小表示减震器的软硬程度。当停机载荷一定时，预压系数越大， 则气体的初始的作用力越大， 压缩也就越困难， 气体吸收的能量就越多，P开始但是不能取得太大。n=P停机B) 效率系数表示减震器在规定的最大压缩量S最大和最大载荷P最大的条件下，吸收撞击能量的能量。如果减震器的最大

23、吸收能量W最大。=W最大P最大S最大C ）热耗系数是减震器在一次压缩和伸展过程中，油液和密封装置等摩擦消耗的W油液W摩擦能量之和与减震器吸收的全部能量的比值.x=,一般 x 约为 0.65W全部0.8。（2） 减震器的性能调节装置主要有变油孔和单项节流活门。常用的变油孔装置是在活塞上一个变截面的油针。单向节流活门是为了增大伸展航程的热耗系数，减小飞机的回弹，使其在伸展行程中堵住一部分油孔，减小减震器的伸展速度。六、起落架收放 为了减小飞行阻力、以提高飞行速度、增大航程和改善飞行性能。（一） 起落架的收放形式起落架的收放形式分主起落架收放和钱起落架收放，前起落架的收放比较简单，总是向前或向后收进

24、机身内的，主起落架的收放形式可分为沿翼展方向收放和沿翼弦方向收放。（1）沿翼展方向收放，主要有沿翼展向内收和向外收两种，由于机翼的翼根厚度较大，起落架通常向内收入机翼根部或机身内，有的飞机翼根处安装了油箱或挂了武器，这是起落架要向外收入机翼 。有的飞机在起落架上安装了转轮机构，使机轮旋转一个角度在收起。现在大多数民航客机都是沿翼展向内收方式。16（2）沿翼弦方向收放，主要有沿翼弦向前和向后收两种，前起落架通常采用种形式。（二） 对起落架收放系统的要求起落架收放机构通常采用高压液压油作为动力。对收放系统的要求是：收放起落架所需要的时间应符合要求； 保证起落架在收上和放下时都能可靠地锁住， 并能使

25、飞行员了解起落架收放情况。 收放机构必须协调工作， 使起落架收放、锁和舱门等能按一定的顺序工作。主要附件有起落架选择活门、收放作动筒、收上锁及放下锁作动筒、起落架舱门作动筒、主要起落架小车定位作动筒及小车定位往复活门、液压管路等。 （1） 起落架收放系统工作过程 如图 3,在飞机着陆时放下起落架的工作过程是:飞行员将起落架开关置于放下位置,电磁阀 8 右端电磁铁通电,将高压油接通到放下管路. 高压油首先进入开锁作动筒 9 的无杆腔，推动活塞向左运动，使起落架的锁钩打开，开锁后活塞将中间油路打开，高压油就通过开锁作动筒 9 和液压锁 10 进入前起落架收放作动筒 11 的无杆腔，推动活塞放下前起

26、落架。同时，开锁作动筒 9 和起落架作动筒 11 的有杆腔里的工作油液，经过电磁阀 8 回到油箱。由于在起落架放下时，在液压力、重力和气动力的共同作用下，使其放下速度较快，作动筒活塞运动到终点时容易与外筒发生碰撞，因此在作动筒出口设置一个单向节流阀12， 使油液流出作动筒时有较大的液阻，从而减少起落架放下速度和撞击。 当飞机起飞后要收起起落架的工作过程是：飞机员将起落架收放开关置于收起位置，电磁阀8 左端电磁铁通电， 高压油一方面进入开锁作动筒 9 的油杆腔推动活塞使锁钩复位，同时进入作动筒 11 的有杆腔使起落架收起，作动筒 11 无杆腔回油依次经过液压锁 10（此时高压油把液压锁打开） 、

27、单向阀 14、电磁阀 8 回到油箱。如图 317起落架收放系统工作过程的步骤： 开起落架舱门开起落架收上锁放起落架并锁好关起落架舱门。（三） 应急放起落架系统如果起落架收放系统失效，放下起落架系统必须保证放下起落架。在驾驶舱一般都有应急放起落架操纵手柄或电门，操纵手柄时，即打开舱门锁及起落架收上锁， 舱门和起落架靠自身重量和气动力自由下落。 应急放起落架系统是独立的，应急开锁的方式主要有人工、电动及液压、气压作动。应急放下起落架的顺序，拉出手柄输送到操纵钢索扇形盘操纵杆曲柄收上锁机构打开收上锁放下起落架（靠气动力和自重）完全由人工操纵时需较大的力 60801bf.（1lb 质量的物体在标准重力

28、加速度 gn 下所产生的重力，即 1 lbf= 1lb gn. ）应急放起落架系统的形式：机械开锁，重力或气动力放下，动力开锁（电动、液压、气压） ，动力开锁，动力放下。（四） 起落架安全收放措施为了防止收放起落架的飞机在地面误收起降架，主要采取以下措施：（1）地面机械锁： 其是采用一个销子插入或更多的起落架支撑结构的定位孔内，以阻止地面误收起落架。地面锁销上都有红色飘带，上标有“REMOVE BEFOREFLIGHT”标志。（2）起落架收放柄电磁锁：当飞机在地面时，空和地感应电门自动控制电磁锁处于锁定状态， 控制手柄被锁定在放下位置； 当飞机起飞离地后， 缓冲支柱伸张，空和地感应控制电磁锁自动打开，这是可收上起落架，如果离地后不能自动打开手柄锁，通过人工控制机构打开电磁锁。（3）起落架收放手柄机械锁：空和地感应结构控制手柄机械锁机构来控制起落架在地面时是锁定起落架收放手柄，在空中释放。（4）控制收放电路：在地面时收放电路断开，只有在飞机离地，缓冲支柱伸张时才能接通控制电路。控制电路接通后才能操纵收上起落架。18